氣動(dòng)肌肉碰撞感知及其關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角控制.pdf

1、機(jī)器人不僅要有較高的控制精度，還需要具備碰撞感知能力和柔順性。用氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人具有質(zhì)量輕、柔順性和仿生性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛。但是氣動(dòng)肌肉具有很多復(fù)雜特性，對(duì)氣動(dòng)肌肉建模、控制以及在其表面安裝傳感器困難。本文主要研究了兩個(gè)問(wèn)題：一是根據(jù)氣動(dòng)肌肉兩端的差壓信號(hào)感知?dú)鈩?dòng)肌肉徑向碰撞；二是研究氣動(dòng)肌肉關(guān)節(jié)的控制算法。
　　建立了氣動(dòng)肌肉特性測(cè)試平臺(tái)，設(shè)計(jì)單自由度氣動(dòng)肌肉關(guān)節(jié)，測(cè)試了氣動(dòng)肌肉和關(guān)節(jié)特性。采用二階高斯函數(shù)和三階傅立葉

2、函數(shù)對(duì)原始曲線和遲滯性曲線擬合，得到氣動(dòng)肌肉長(zhǎng)度-氣壓模型；測(cè)試結(jié)果表明氣動(dòng)肌肉及其驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)具有很強(qiáng)的非線性和遲滯性，而且會(huì)隨著氣壓、負(fù)載變化而變化。
　　提出根據(jù)氣動(dòng)肌肉兩端差壓信號(hào)感知?dú)鈩?dòng)肌肉徑向碰撞（沖擊）的方法，并與軸向沖擊區(qū)分；基于流體阻抗法，建立了軸、徑向沖擊差壓信號(hào)模型。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了負(fù)載、沖擊作用、內(nèi)部氣壓、碰撞位置對(duì)差壓信號(hào)的影響；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相同條件下徑向沖擊作用產(chǎn)生的差壓信號(hào)幅值

3、大于軸向，軸向相頻曲線變化雜亂，徑向相頻曲線有周期性變化規(guī)律。四種因素會(huì)改變差壓信號(hào)的幅值，但不會(huì)改變相頻曲線的變化規(guī)律。采用自相關(guān)函數(shù)法提取相頻曲線的周期性特征，實(shí)現(xiàn)了軸、徑向沖擊區(qū)分。
　　設(shè)計(jì)了改進(jìn)的神經(jīng)元PID控制算法，用Sigmoid函數(shù)定義神經(jīng)元PID控制算法的增益系數(shù)，提高了控制算法的自適應(yīng)性，并在參數(shù)學(xué)習(xí)過(guò)程中添加衰減因子來(lái)提高參數(shù)學(xué)習(xí)的收斂速度。針對(duì)氣動(dòng)肌肉充、放氣過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的遲滯性，設(shè)計(jì)了雙層結(jié)構(gòu)的MFA-